JPS596441A - 自動車用ｆｒｐ製板ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温での耐疲労特性に優れる自動車用ＦＲＰ製
板ばねに関するものである。

近年、原油価格の高騰に伴い、各自動車メーカーはこぞ
って石油資源を有効に使おうと低燃費車の開発に乗シ出
した。車体の軽量比は燃費向上を図るだめの最も有力な
手段であり、そのために軽い材料であるプラスチックを
車体の各部に使用するというプラスチック化が盛んに行
なわれている。

我国について言えば、バンパー周りのコーナープロテク
ターにはエチレン・プロピレン・ディエン・ターポリマ
ー、車内のパネルと各種の排気ガスコントロール・デバ
イス類には、ナイロンやアセタール樹脂、フル・トリミ
ング化にはポリプロピレンやアセタール樹脂などが使用
され始めている。

ｆた、ＦＲＰＵフロントグリル、バンパー、インナーパ
ネル、スカートパネル、フェンダ−１屋根部などに採用
されている。

さらに、自動車の機能部品である板ばねやドライブシャ
フト、ホイールなどにはアドバンスト脅フンポジット（
高性能複合材料）を応用しようと−う研究も盛んに行な
われている。これらの機能部品を従来の鋼からアドバン
スト・コンポジットに置き換えた場合には４０〜８０％
もの重量の軽量化が期待でき、燃費向上のための有力な
手段となる。また、耐食性の面においてもこのアドバン
スト・コンポジットは、従来の鋼に比較して優れている
という利点を有している。

ところで、かかるアドバンスト・コンポジットは、その
機能部品の要求特注を満足させるために、強化材として
ガラス繊維、炭素繊維あるいは芳香族ポリアミド繊維な
どが単独でまたは併用されて、他方、これらの強化材を
１とめるだめのマトリックスとしては、不飽和ポリエス
テル樹脂、エポキシ樹脂およびエポキシビニルエステル
樹脂が使用されているが、これらの樹脂マトリックスに
よって性能が大きく左右されるものである。自動車用板
ばね、就中、軽トラツクやパン（商用車）には鋼製重ね
板ばねが使われているが、いま仮りにこれをＦＲＰ化し
ようとすれば、１台にっき１゛２〜１４に９の鋼製重ね
板ばねを約６０〜８０係もの軽量化が可能となる。

ところで、自動車用板ばねに要求される特性としては、
その苛酷な使用条件に耐えうろことが必要な処から、優
れた耐疲労特性と耐熱性が要求されるが、この要求％姓
を満足させるためには、強化材として汎用されているガ
ラス繊維、炭素系繊維もしくは芳香族ポリアミド系繊維
の単独またはこれらの併用になるハイブリッドシステム
が使用されるべきであり、他方、これらの強化材を結合
させるべきマトリックスとしては、不飽和ポリエステル
樹脂やエポキシ樹脂、さらにはエポキシビニルエステル
樹脂が使用されるべきである。しかし、不飽和ポリエス
テル樹脂は量産に伴なう成形速度や経済性という面でこ
そ大きな利点を有するものではあるが、該樹脂のもつ特
性、すなわち７４％さな伸び率と大きな硬化収縮率と、
さら゛に強化材に対する密着性の悪さは、自動車用Ｆ”
ＲＰ製板ばねとしたさいに耐疲労特注を著しく低下させ
るものであり、他方、エポキシビニルエステル樹脂は、
不飽和ポリエステル樹脂と同程度の成形速度を有すると
ともに、エポキシ樹脂と同程度の特性と強化材に対する
優れた密着性を有しておるものの、耐疲労特注、特に高
温での耐疲労特性は、まだエポキシ樹脂に劣る。これら
の両樹脂に対し、エポキシ樹脂は耐熱性や大きな伸び率
と小さな硬化収縮基、さらには強化材に対する優れた密
着性という特性を有するために、自動車用のＦＲＰ製板
ばねのマトリックスとして使用したさいには長期の耐疲
労特注を向上させることができる。

しかし、かかる自動車用のＦＲＰ製板ばねは室温での耐
疲労特性が要求されるが、更には繰り返し加えられる荷
重によるＦＲＰ製板ばね内部での蓄熱や周囲の自動車の
排気管からの熱により、高温での耐疲労特性が要求され
る。

エポキシ樹脂の耐熱性を向上させる手段としては、ビス
フェノールタイプのエポキシ樹脂に芳香族ポリアミン、
または脂環族ポリアミン、芳香族酸無水物、脂環族酸無
水物とを組み合せた糸；フェノールノボラックタイプま
たはクレゾールノボラックタイプのエポキシ樹脂に芳香
族ポリアミン、または脂環族ポリアミン、芳香族酸無水
物、脂環族酸無水物とを組み合せた系；グリノジルアミ
ンに芳香族ポリアミン、または脂環族ポリアミン、芳香
族酸無水物、脂環族酸無水物とを絹み合せた系；脂環式
のエポキシ樹脂に芳香族酸無水物、または脂環族酸無水
物とを組み合せた系などが挙げられる。しかし、かかる
組み合せのエポキシ樹脂も多くは粘度が高いため繊維質
強化剤に対する含浸性が悪く品質の安定したＦＲＰ製板
ばねを得ることが困難である。従って粘度を低下させる
ため、エポキシ樹脂を高温で保温し一維質強化材に含浸
させるとポットライフが非常に短かくなり、ＦＲＰ製板
ばねを製造する際の作業性が悪くなるという弊害が生じ
る。特に高分子量のビスフェノールタイプや、フェノー
ルノボラックタイプ、クレゾールノボラックタイプのエ
ポキシ樹脂グリシジルアミンなどの高粘度または固型状
のエポキシ樹脂を使用した場合、また硬化剤として、芳
香族ポリアミンや、脂環族ポリアミン、高融点の芳香族
酸無水物、高融点の脂環族酸無水物を使用した場合は、
粘度も高く、高温で保温しなければならず、ポットライ
フも短かくなり、作業性が非常に悪く実用上不可能であ
る。また脂環式のエポキシと芳香族酸無水物または脂環
族酸無水物とを組み合せた系は粘度が低くポットライフ
が長く、耐熱性も優れているが、高温での耐疲労特性が
劣る。さらに、ビスフェノールタイプのエポキシ樹脂と
酸無水物とを組み合せた系に、耐熱性に優れたフェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型
エポキシ樹脂や、グリシジルアミンをブレンドした系は
、耐熱性は向上するが、ＦＲＰ製板ばねの高温での耐疲
労％性の向上をはかることはできない。

本発明者らは、かかる自動車用ＦＲＰ製板ばねを得るに
あたってマトリックスとして優れた特性を有するエポキ
シ樹脂に着目して鋭意研究を行なった結果、エポキシ樹
脂と硬化剤との限られた組み合せにおいてのみ、非常に
優れた高温での耐疲労特性を有することを見い出した。

す々わち、本発明は、平均エポキシ当量が約１５０〜３
００なる範囲にあるビスフェノールタイプのエポキシ樹
脂と無水メチルナジック酸と、さらに必要に応じて促進
剤とより成る樹脂組成物をガラス繊維、炭素系繊維およ
び芳香族ポリアミド系繊維よりなる群から選ばれる少な
くとも１種の繊維質強化材に含浸させ硬化成形せしめる
ことから成る、高温での耐疲労特注に優れた自動車用Ｆ
ＲＰ製板ばねを提供しようとするものである。

本発明でいう上記エポキシ樹脂とは、平均エポキシ当量
が約１５０〜３００なる範囲にあるビスフェノールタイ
プのエポキシ樹脂で、エポキシ当量が約１５０〜３００
なる範囲にあるビスフェノールタイプのエポキシ樹脂単
独で使用する場合と、低分子量のビスフェノールタイプ
のエポキシ樹脂と高分子量のビスフェノールタイプのエ
ポキシ樹脂との混合物で、その平均エポキシ当量が約１
５０〜３００なる範囲にあるエポキシ樹脂も含まれる。

ここで、上記ビスフェノールタイプのエポキシ樹脂とし
て代表的なものを挙げれば、エピクロルヒドリンとビス
フェノールＡもしくはビスフェノールＦとの反応により
得られる実質的に１分子中に２個以上のエポキシ基を有
するグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂、メチルエピ
クロルヒドリンとビスフェノールＡもしくはビスフェノ
ールＦとの反応により得られるジメチルグリシジルエー
テル型のエポキシ樹脂あるいはビスフェノールＡのアル
キレンオキサイド付加物とエピクロルヒドリンもしくは
、メチルエピクロルヒドリンとから得られるエポキシ樹
脂などである。

これらのエポキシ樹脂の硬化剤として用いられる無水メ
チルナジック酸は、エポキシ＃、ｌ　Ｆ”に対しテ０．
５〜１．２当敵、好ましくは０．７〜１．０当量が適量
である。また当該無水メチルナジック酸をエポキシ樹脂
に配合したのみでは硬化成形に長時間を要する場合には
、必要に応じて促進剤を使用することができる。

かかる促進剤としては、ジエチルアミン、トリエチルア
ミン、ジイソプロピルアミン、モノエタノールアミン、
ジェタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルエ
タノールアミン、メチルジェタノールアミン、モノイソ
プロパツールアミン、ノニルアミン、ジメチルアミンプ
ロピルアミン、ジエチルアミンプロピルアミン、ベンジ
ルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン
、α−ベンジルジェタノールアミン、２，４．６−ドリ
スージメチルアミノメチルフエノール（１）ＭＰ＝３０
）、ＤＭＰ−３０のトリー２−エチルヘキソエート塩、
ピリジン、ピペリジン、Ｎ−アミンプロピルモルホリン
、１．８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７（ＤＢＵ）、Ｌ）ＢＵのフェノール、２−エチルヘキ
サン酸、オレイン酸、ジフェニル亜りん酸、有機含りん
酸類との塩類などのアミン類；２−メチル−イミダゾー
ル、２−エチル−４−メチルイミダゾールペ　２−イソ
プロピルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、
２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル
イミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール
、２−メチルイミダゾールとアクリロニトリルとを反応
させて得られるシアノエチレーションタイプのイミダゾ
ール（２−ＭＺ−ＣＮと略称）、２−ＭＺ−ＣＮとトリ
メリット酸との付加物、２−ＭＺ−ＣＮとジシアンジア
ミドとの反応物、イミダゾールとＣｕ、Ｎ　ｉ、Ｃ。

などの金属塩錯体々どのイミダゾール類；ＢＦ、−モノ
エチルアミン、ＢＦ３−ベンジルアミン、ＢＦ　ｓ−ジ
メチルアニリン、ＢＦ３−トリエチルアミン、Ｂｌ’ｉ
’、−ｎ−ヘキシルアミン、ＢＦ３−２．６−ジエチル
アミン、１３Ｆ、−アニリン、ＢＦ、−ピペリジンなど
のＢＦ３−アミン錯体、１，１−ジメチルヒドラジンを
出発原料とするアミンイミド化合物；オクチル酸スズな
どの有機酸金属塩などが挙げられる。

前記した繊維質強化材のうち、まずガラス繊維としては
、その原料の面から、Ｅ−グラス、Ｃ−グラス、Ａ−グ
ラスおよびＳ−グラスなどが挙げられるが、本発明の板
ばねを得るためには、いずれの種類も適用できる。

次に前記の炭素系繊維としては、炭素繊維と黒鉛繊維を
挙げることができ、これらはいずれもポリアクリロニト
リル系繊維、セルローズ系繊維、ピッチ、芳香族炭化水
素またはカーボンブラックなどを原料として製造される
ものである。

また、前記の芳香族ポリアミド系繊維とは、多官能の芳
香族アミンと芳香族多塩基酸との反応により得られる重
合体であって、アミド結合を有するものをいい、その代
表的なものとしてはポリＰ−フェニレンテレフタルアミ
ド、まタハ、Ｉ−’ＩＪＰ　−アミノベンズアミドなど
が挙げられる。

これらの繊維質強化材は、その形状により、さらにロー
ビング、チョツプドストランドマット、コンティニアス
マット、クロス、ローピンククロス、ザーフエシングマ
ットおよびチョツプドストライドなどの種々のものがあ
るが、本発明においては、繊維含有率が高くでき、しか
もＦＲＰ成形物の強度および耐疲労特性をも向上させる
ことのできるロービング、クロスおよびローピンククロ
スなどが好ましい。

本発明の板ばねを得るにさいして繊維質強化材の容積含
有率は該強化材とマトリックス成分としての樹脂との合
計容量の４０〜７０チなる範囲が好ましく、重量表示で
は５０〜８０俤なる範囲が好ましく、実用上最も好まし
いのは、合計容量の４５〜６５％の範囲である。

また、本発明の自動車用ＦＲＰ製板ばねを得るには、加
工の段階において、樹脂成分、繊維質強化材および硬化
剤のほかに、必要に応じてさらに顔料、染料、離型剤、
充填剤あるいはその他の添加剤を含めることもできる。

本発明の自動車用ＦＲＰ製板ばねは、通常行なわれてい
るプレス成形法、フィラメントワインディング成形法、
シートワインディング成形法、プルトルージョン成形法
あるいはプルフォーミング成形法などの方法で成形加工
される。

次に本発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１〜４ ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの反応より得
られたエポキシ当量１９０の［エピクロン８５０Ｊ（大
日本インキ化学工業（株）製）、エポキシ当量２６０の
［エピクロン８６０Ｊ（同上社製品）又はエポキシ当量
４９００［エピクロン１０５０Ｊ（同上社製品）と、無
水メチルナジック酸及びベンジルジメチルアミンとを、
第１表に示した配合割合（単位はダラム）で充分混合し
、樹脂組成物を得た。

第　　１　表 上記組成物の貯蔵安定性は、Ｂ型回転粘度計により、各
温度での粘度の経時変化を測定することにより評価した
。これらの組成物の配合後の可使時間（ポットライフ）
は、これらの組成物の粘度が各温度で１０００　ｃｐｓ
　　Ｏ値に達するまでの時間とした。

配合したこれらの組成物をあらかじめガラス板で作成し
た型に流し込み、１００℃で１時間さらに１４０℃で２
時間硬化させ、厚さ３閣と１５圏の注型物を作成した。

これらの注型物から、それぞれのＪＩＳ規格に従って供
試体を切削し機械的性質を測定した。第３表にこれらの
組成物のポットライフおよび機械的性質を示した。

前記の配合された組成物に一方向に引き揃えられたガラ
スロービングをよく含浸させて得られたシート１０枚を
、ガラス含有率が７０チになるようにマツチドダイ金型
（深さ８鰭、幅５０ｍｘ長さ３００ｍｍ）に仕込み、１
２０℃で１時間加熱圧縮成形を行なった。得られたＦＲ
Ｐ成形体をさらに電熱乾燥器で１４０℃で２時間アフタ
ーキュアーを行なった。

次いで、かくして得られた成形体（板ばね基本体）につ
いて、ばね協金型高速疲れ試験材を用いて、応力条件３
５±３０　ｋｇｆ；／ｍｍ２、測定温度２５℃及び９０
℃で疲れ試験を行ない繰り返し寿命回数を求めたところ
、本発明の板ばねは、第３表に示す如く、従来には類例
を見ないほど高温でのすぐれた繰り返し寿命をもったも
のであることが確認できた。なお、かかる繰り返し寿命
回数は、剛性が１０チ低下するまでの回数をもって示し
たものである。

実施例５ ビスフェノールＦとエピクロルヒドリンとの反応より得
られたエポキシ当量１７７の［エビクロン８３０Ｊ（同
上社製品）１ｏｏｏｒと、無水メチルナジック酸］　０
１０　ｆと、ベンジルジメチルアミン１０′？とを充分
混合し、樹脂組成物を得た。

得られた樹脂組成物を実施例１と同様の方法で、ポット
ライフと硬化物の機械的ｅｔ質の測定を行なった。゛そ
の結果を第３表に示した。

次いで、この樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＦＲＰ成形体を作成し、実施例１と同じ条件下で疲れ
試験を行ない、第３表に示す結果を得た。

比較例］〜２ エポキシ当量１９０の「エピクロン８５０」と、メチル
テトラヒドロ無水フタル酸：　「エピクロンＢ−５７０
Ｊ（同上社製品）又はメチルへキサヒドロ無水フタル酸
：［エピクロンＢ−６５０Ｊ（同上社製品）と、ベンジ
ルジメチルアミンとを、第２表に示した配合割合で充分
混合し、樹脂組成物を得た。

得られた上記樹脂組成物について、実施例１と同様の方
法でポットライフと硬化物の機械的訃質の測定を行ない
、その結果を第３表に示した。

次いで、この樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＦＲＰ成形体を作成し、実施例１と同じ条件下で疲れ
試験を行ない、その結果を第３表に示した。

第　　２　表 比較例３ エポキシ当量１９０の「エピクロン８５０Ｊ５００　Ｆ
、ジアミノジフェニルメタンとエピクロルヒドリンとよ
り得られたエポキシ当量１２０の「エピクロン４３０Ｊ
（同上社製品）５００ｆ。

「エピクロンＢ−５７０」１１３０　ｒ及びベンジルジ
メチルアミン１０１を充分混合し、樹脂組成物を得だ。

得られた上記樹脂組成物を実施例１と同様の方法でポッ
トライフと硬化物の機械的性質の測定を行なった。その
結果を第３表に示した。

次いで、この樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＦＲＰ成形体を作成し、実施例１と同じ条件下で疲れ
試験を行ない、その結果を第３表に示した。

比較例４ ［エピクロン８５０Ｊ　］　００（１’、！：’タフエ
レンンジアミン１４０９とを充分混合し、樹脂組成物を
得た。

得られた樹脂組成物について、実施例１と同様の方法で
ポットライフと硬化物の機械的性質の涜１ｊ定を行ない
、その結果を第３表に示した。

次いで、この樹脂組成物を用いて実施例１と同様の方法
でＦＲＰ成形体を作成し、実施例１と同じ条件下で疲れ
試験を行ない、その結果を第３表に示した。

なお、上記の機械的性質及び耐疲労特性の測定は、下記
の試験機を用いて行なった。

〔機械的性質〕

試験機：東洋ボールドウィン（株）製「テンシロンＵＴ
Ｍ−１−５００ｏ　ＢＪ 上島製作所製「熱変形温度測定装置」 ＢＡＲＢＥＲ−ＣＯＬＭＡＮ社製「バーコル硬度計」 〔耐疲労特性〕 試験機：ばね協金型高速疲れ試験機 回転数：１１０００ｒｐ 設定応カニ３５±３０　ｋ　ｇ　ｆ／ｍ　”４点曲げ方
式 供試体の寸法：　５０ｘ３００ｘ８喘 以上の各側から明らかなように、本発明に従う特定のエ
ポキシ樹脂と無水メチルナジック酸との樹脂組成物をマ
）　１７ツクスに使用した場合に得られるＦＲＰ成形体
は、本発明の範囲をはずれるエポキシ樹脂を使用した場
合に得られる成形体に比較して、高温での繰シ返し寿命
が約５倍である。

従って、本発明の自動車用ＦＲＰ製板ばねは非常に優れ
た高温での耐疲労特注を有するものであることが判る。

特許出願人　トヨタ自動車工業株式会社同　中央発６条
株式会社 第１頁の続き ■出　願　人　大日本インキ化学工業株式会社東京都板
橋区坂下３丁目３５番５８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平均エポキシ当量が約１５０〜３００なる範囲にあ
   るビスフェノールタイプのエポキシ樹脂と無水メチルナ
   ジック酸と、さらに必要に応じて促進剤と、より成る樹
   脂組成物をガラス繊維、炭素系繊維および芳香族ポリア
   ミド系繊維よりなる群から選ばれる少なくとも１種の繊
   維質強化材に含浸させ、硬化成形せしめて得られる高温
   での耐疲労！＃姓に優れる自動車用ＦＲＰ製板げね。 ２、上記繊維質強化材の容積含有基が、該強化材とマト
   リックス成分たる上記樹脂組成物との合計容量の４０〜
   ７０　％　ｓあるいは該合計電縫の５０〜８０チである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の自動車
   用ＦＲＰ製板ばね。